Влияние конструкции протеза на гемодинамику при транскатетерной имплантации аортального клапана
Автор: Селезнев М.А., Селиванов Г.Д., Пиль Н.Е., Кучумов А.Г.
Журнал: Российский журнал биомеханики @journal-biomech
Статья в выпуске: 1 т.30, 2026 года.
Бесплатный доступ
Транскатетерная имплантация аортального клапана (ТИАК) является малоинвазивным подходом при лечении аортального стеноза у пациентов, которым противопоказано открытое хирургическое вмешательство. Несмотря на активно растущее количество данных миниинвазивных операций, существует ряд осложнений, вызванный ограниченным выбором типов и видов имплантов, не учитывающих индивидуальные особенности пациента, что приводит к вопросу о кастомизации протезов ТИАК. Разработка персонализированных конструкций протезов позволила бы снизить количество постоперационных осложнений, таких как параклапанная регургитация или повреждение фиброзного кольца, повышая качество жизни пациентов на основе оценки гемодинамических показателей. Таким образом, целью данного исследования является численное моделирование гемодинамических характеристик в аорте после ТИАК для оценки влияния конструктивных особенностей протеза на его эффективность. В работе рассматривается восемь параметризованных геометрий протезов, две из которых являются моделями коммерческих клапанов (Evolut R PRO и SAPIEN 3), а остальные шесть – разработанными авторами данной статьи. Решалась связанная задача с учетом взаимодействия жидкости и твердого тела. На входе в аорту задавалась функция скорости, соответствующая данным эхокардиографии, а на выходе – давление, определяемое двухэлементной моделью Франка. Комплексный анализ интегральных показателей позволил выделить три геометрии, демонстрирующие оптимальные площади открытия (EOA>1,5 см2), умеренные градиентами давления (в пределах 7–12 мм рт. ст.), и скорости ниже 2 м/с в пике систолы, а также низкие значения OSI (OSI < 0,25). Данные значения минимизирует риски тромбообразования и преждевременного износа створчатого аппарата. Полученные результаты служат основой для дизайна, проектирования и производства персонализированных протезов ТИАК с учетом анатомических и физиологических особенностей конкретного пациента.
Транскатетерная имплантация аортального клапана, протез аортального клапана, численное моделирование, двусторонний подход ЭйлераЛагранжа, гемодинамические характеристики, параметризованные геометрии
Короткий адрес: https://sciup.org/146283286
IDR: 146283286 | УДК: 531/534: [57+61] | DOI: 10.15593/RZhBiomeh/2026.1.15
Influence of prosthesis design on hemodynamics in transcatheter aortic valve implantation
Transcatheter aortic valve implantation (TAVI) is a minimally invasive approach for the treat-ment of aortic stenosis in patients with a high risk of postoperative complications who are not can-didates for open surgery operation. Despite the rapidly growing number of such operations, they have a number of complications with limited choice of parameters and types of implants that do not take into account the individual characteristics of the patient. This leads to the question of customization of TAVI implants. The development of personalized prosthetic designs can reduce the incidence of postoperative complications, such as paravavular regurgitation or damage to the annulus fibrosus, thereby improving patients’ quality of life by optimizing hemodynamic indicators. Thus, the purpose of this study is to numerically simulate the hemodynamic characteristics in the aorta after TAVI to assess the impact of the prosthesis design on its effectiveness. This paper presents eight parametrized prosthesis geometries: two represent models of commercial valves (Evolut R PRO and SAPIEN 3), and the remaining six were developed by the authors. A coupled problem involving fluid-structure interaction was solved. A velocity profile based on echocardiog-raphy data was prescribed as the inlet boundary condition at the aorta, while a pressure determined by a two-element Windkessel model was prescribed at the outlet. Based on a comprehensive anal-ysis of the integral parameters, three geometries were selected. These geometries demonstrate optimal hemodynamic performance: effective orifice areas exceeding 1.5 cm², moderate pressure gradients (7–12 mmHg), and peak systolic velocities below 2 m/s. Additionally, they exhibit low OSI values (OSI < 0. 25), which is indicative of a reduced risk of thrombosis and premature leaflet fatigue. The obtained results provide a basis for the design, engineering, and manufacture of personalized TAVI prostheses that take into account the specific anatomical and physiological features of each patient.
